Este trabalho analisa a necessidade da aplicação dos compensadores estáticos de reativos em sistemas elétricos industriais e em sistemas de potência. Vários tipos de compensadores de reativos são apresentados e também é feita uma comparação entre eles. O trabalho está centralizado no estudo dos compensadores estáticos tiristorisados, principalmente o Reator Controlado a Tiristores (RCT) e o Capacitor Chaveado a Tiristores (CCT). São discutidas as influências de alguns parâmetros nas formas de onda do RCT. É feita a dedução das equações das componentes harmônicas de corrente e tensão do RCT. São também analisados os efeitos das harmônicas e os meios de atenuá-las, de modo a mantê-las dentro de níveis razoáveis. Modelos para a simulação de um RCT, para vários tipos de fenômenos em circuitos monofásicos e trifásicos, são apresentados. São Mostrados gráficos e tabelas de algumas simulações utilizando o programa CSMP (Continuous System Modeling Program) e um programa desenvolvido ciclo a ciclo, utilizando o método passo a passo. As simulações permitem avaliar com razoável precisão o comportamento do RCT associado a um capacitor fixo. Sugestões de estudos afins são apresentadas no final do trabalho. / This work analyses the need of using Var systems in industrial and in power electric systems. Various types of VAr systems are presented and also a comparison among them is done. The work is centralized in the study of thyristor static VAr systems. The thyristor controlled reactor (TCR) and the thyristor switched capacitor (TSC) are analysed in more details. Parametric influences in the wave forms of TCR are discussed. TCR voltage and current harmonic equations are deduced. Harmonic effects and also the methods of producing their attenuation are analysed. TCR simulation models for multiple types of phenomena in one phase and three phase circuits are presented. Some graphics and tables using the CSMP (Continuous System Modeling Program), and a cycle by cycle program that uses the step method are showed. The simulations can evaluate with a reasonable precision the behavior of a TCR with a fixed capacitor (FC). Suggestions of other studies are presented at the end of the work.

Orientador: Laurence Duarte Colvara / Banca: Percival Bueno de Araujo / Banca: George Lauro Ribeiro de Brito / Resumo: Este trabalho analisa a influência do FACTS TCSC na função energia do sistema, mais especificamente na energia potencial. Também é abordada a influência da compensação dinâmica do TCSC na trajetória do sistema frente a uma grande perturbação, visando a melhoria da estabilidade transitória. A energia potencial é avaliada no espaço das posições angulares dos rotores das máquinas em torno de um ponto de equilíbrio estável levando em conta os efeitos da ação do TCSC. A trajetória do sistema é sobrepostas às curvas equipotenciais, e com isso é possível a avaliar os efeitos da compensação dinâmica do dispositivo nas mesmas. Através das simulações de dois sistemas testes, um sistema considerado de pequeno porte (Sistema de Quatro Máquinas) e outro de maior porte (New England) quando expostos a uma grande perturbação avalia-se a estabilidade de primeira oscilação com o intuito de determinar o tempo crítico de eliminação de uma falta no sistema. Posteriormente verifica-se a possibilidade de deslocar a trajetória do sistema com o propósito de que ela percorra um caminho mais íngreme na superfície da energia potencial, ou seja, idealmente que ela tenha orientação coincidente do gradiente da energia potencial, e analisa-se qual a influência da compensação série na energia potencial, com o intuito de obter tal direcionamento / Abstract: This dissertation examines the influence of TCSC FACTS on the power system energy function, specifically on the potential energy. The influence of dynamic compensation of the TCSC in the trajectory of the system after a major disruption in order to improve transient stability is also approached. The potential energy is evaluated in the space of machines rotor angular positions around stable equilibrium point taking into account effects of the TCSC action and the trajectory of the system is superimposed with equipotential curves and so it is possible to evaluate the effects of the dynamic compensation. Simulations are performed with two test systems, one being a (four machines system) and the other being the well-know New England system submitted to great disturbances. The stability of the first oscillation in order to determine the critical fault clearing time, is assessed. It is possible to change the system trajectory in order to traverse a more steeply path, i.e. ideally matching orientation with the potential energy gradient. The influence of series compensation in potential energy is taken into account, in order to conduct the system trajectory to the potential energy gradient orientation / Mestre

Orientador: Dionizio Paschoareli Júnior / Banca: Luis Carlos Origa de Oliveira / Banca: Mauricio Aredes / Resumo: Controladores FACTS (Flexible Alternating Current Transmission Systems) são equipamentos capazes de modificar os parâmetros naturais de um sistema de transmissão, levando-os a operar próximo aos limites operacionais, de modo a postergar investimentos na ampliação destes sistemas. Em geral, tais equipamentos podem ser conectados em série, em derivação ou mesmo em uma combinação de ambos, permitindo a correção de possíveis problemas de estabilidade, de afundamento de tensão, entre outros. Nos sistemas de distribuição, a presença de compensadores de reativos, com destaque aos bancos de capacitores série e derivação chaveados, bem como de controladores eletrônicos para as mais diversas finalidades, tem alterado a topologia clássica, tipicamente passiva. Como exemplo, os compensadores série controlados a tiristor surgem como uma alternativa à compensação série fixa, possibilitando o adiamento de investimentos por parte das concessionárias de distribuição de energia em redes, subestações, etc. Esta dissertação apresenta o D-TCSC (Distribution - Thyristor Controlled Series Compensator) como dispositivo FACDS (Flexible Alternating Current Distribution Systems) em um sistema de distribuição como alternativa para controle de afundamentos de tensão durante a partida de grandes cargas, conforme os níveis de tensão de atendimento estabelecidos pelo PRODIST - Procedimento de Distribuição / Abstract: FACTS controllers (Flexible Alternating Current Transmission Systems) are capable of modifying the natural parameters of a transmission system to operate closed to the rated limits and delaying investments in the expansion these systems. In general, such devices can be series connected, shunt or a combination of both, allowing the correction of power system stability problems, voltage sags and swells, and others. In distribution systems, the reactive compensators, especially switched series capacitor banks and shunt capacitor banks as well as electronic controllers for many different purposes, has changed the classical topology, typically passive. For example, the thyristor controlled series compensators emerge as an alternative to fixed series compensation, allowing postpone of investments in distribution networks, substations, etc. This dissertation presents the D-TCSC (Distribution - Thyristor Controlled Series Compensator), a FACDS (Flexible Alternating Current Distribution Systems) controller which can be used as a solution to voltage control during connection of large loads, according the voltage levels established by PRODIST - Distribution Procedure / Mestre

Made available in DSpace on 2015-07-13T12:10:24Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2014-02-24. Added 1 bitstream(s) on 2015-07-13T12:25:15Z : No. of bitstreams: 1 000836319.pdf: 1262456 bytes, checksum: 33bf95424098f66e291d0e6e622b53b7 (MD5) / Esta pesquisa propõe uma nova abordagem para o problema de alocação ótima de dispositi- vos SVC (Static Variable Compensator) e TCSC (Thyristor Controlled Series Compensator) no sistema de transmissão de energia elétrica. Desde o surgimento dos FACTS na década dos anos 70, estes dispositivos tornaram-se em uma importante ferramenta na solução dos proble- mas clássicos da transmissão. Os FACTS ajudam a aumentar a capacidade de controle de fluxo ao longo das linhas e, ao mesmo tempo, a aumentar a estabilidade do sistema. Assim, estes dispositivos podem ajudar a aumentar a transmissão máxima de potência entre as regiões do sistema e também ajudar na estabilidade dinâmica do sistema. Conhecer os benefícios que os FACTS fornecem ao sistema de transmissão é importante para otimizar esse aprimoramento. Várias características devem ser levadas em consideração para encontrar um local ideal para um FACTS no sistema de transmissão, tais como: o tipo do dispositivo, o tamanho do dispo- sitivo, a transmissão de potência do sistema e as violações dos limites de tensão e de potência reativa no sistema. Este trabalho aloca dois tipos de equipamentos FACTS, SVC e TCSC. No passado, diferentes abordagens têm sido desenvolvidas com o objetivo de alocar de forma otimizada FACTS em um sistema. Estas abordagens definem o local ótimo avaliando os bene- fícios, seja em regime permanente ou em estado transitório, que os FACTS proporcionam ao sistema. O objetivo e maior contribuição desta pesquisa é encontrar uma solução do problema de alocação ótima de SVCs e TCSCs que junte, avaliando em uma mesma função objetivo, tanto os benefícios no regime permanente, quanto os benefícios dinâmicos que o equipamento proporciona ao sistema em um determinado local. A função objetivo do modelo de otimização é calculada quando um dispositivo FACTS é instalado num local específico. Os critérios de oti- mização dependem do custo de... / This research proposes a new approach for the problem of SVC and TCSC allocation in a trans- mission system. Since the rising of FACTS in the late 1970s, this type of devices had become a great tool in the search of solutions for the classic power transmission basic limitations. FACTS help to increase the controllability of flow over the lines and at the same time enhance the system stability. So, these devices can help in steady state augmenting the maximum power transfer among regions of the system and also, help in both the transient and dynamic stability of the system. Knowing the benefits that the FACTS provide to a transmission system, it is important to optimize this betterment. Several features must be taken into consideration to find an optimal location for FACTS in transmission systems such as device type, device size, total system power transfer and voltage and reactive power limit violations in the system. This work allocates two types of FACTS devices, the SVC (Static Variable Compensator) and TCSC (Thy- ristor Controlled Series Compensator). In the past, different approaches have been developed aiming to optimally allocate FACTS in a system. These approaches define their optimal loca- tion evaluating the benefits in steady state or the stability enhancement that the FACTS provide to the system. The objective and greatest contribution of this research is to find a solution for the problem of «optimal location of FACTS» that joins, evaluating in one objective function, both the steady state benefits and the dynamic benefits that the device provide to the system in a specific location. The objective function of the optimization model is calculated when a FACTS device is installed in a specific location. Its optimization criteria depend on the overall generation cost, total system losses, investment costs, maximum loading and system's transient stability. PSAT, a Matlab toolbox, is used to run the routines necessary to ...

Made available in DSpace on 2015-08-20T17:09:27Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2014-06-09. Added 1 bitstream(s) on 2015-08-20T17:27:09Z : No. of bitstreams: 1 000800821.pdf: 1428675 bytes, checksum: 03f21b8c5298bb22a4a4d17022ffd764 (MD5) / Controladores FACTS (Flexible Alternating Current Transmission Systems) são equipamentos capazes de modificar os parâmetros naturais de um sistema de transmissão, levando-os a operar próximo aos limites operacionais, de modo a postergar investimentos na ampliação destes sistemas. Em geral, tais equipamentos podem ser conectados em série, em derivação ou mesmo em uma combinação de ambos, permitindo a correção de possíveis problemas de estabilidade, de afundamento de tensão, entre outros. Nos sistemas de distribuição, a presença de compensadores de reativos, com destaque aos bancos de capacitores série e derivação chaveados, bem como de controladores eletrônicos para as mais diversas finalidades, tem alterado a topologia clássica, tipicamente passiva. Como exemplo, os compensadores série controlados a tiristor surgem como uma alternativa à compensação série fixa, possibilitando o adiamento de investimentos por parte das concessionárias de distribuição de energia em redes, subestações, etc. Esta dissertação apresenta o D-TCSC (Distribution - Thyristor Controlled Series Compensator) como dispositivo FACDS (Flexible Alternating Current Distribution Systems) em um sistema de distribuição como alternativa para controle de afundamentos de tensão durante a partida de grandes cargas, conforme os níveis de tensão de atendimento estabelecidos pelo PRODIST - Procedimento de Distribuição / FACTS controllers (Flexible Alternating Current Transmission Systems) are capable of modifying the natural parameters of a transmission system to operate closed to the rated limits and delaying investments in the expansion these systems. In general, such devices can be series connected, shunt or a combination of both, allowing the correction of power system stability problems, voltage sags and swells, and others. In distribution systems, the reactive compensators, especially switched series capacitor banks and shunt capacitor banks as well as electronic controllers for many different purposes, has changed the classical topology, typically passive. For example, the thyristor controlled series compensators emerge as an alternative to fixed series compensation, allowing postpone of investments in distribution networks, substations, etc. This dissertation presents the D-TCSC (Distribution - Thyristor Controlled Series Compensator), a FACDS (Flexible Alternating Current Distribution Systems) controller which can be used as a solution to voltage control during connection of large loads, according the voltage levels established by PRODIST - Distribution Procedure

Made available in DSpace on 2014-12-02T11:16:56Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2014-06-09Bitstream added on 2014-12-02T11:20:52Z : No. of bitstreams: 1 000800416.pdf: 2311877 bytes, checksum: f629d00e218c2c0a0cf8ad5ebcace685 (MD5) / Este trabalho de pesquisa apresenta a análise, simulação e um protótipo de um Distribution - Thyristor Controlled Series Compensator (D-TCSC), aplicado ao sistema de distribuição de energia elétrica. Será abordado os princípios de operação do mesmo e uma modelagem em Matlab/Simulink do compensador proposto e do alimentador de distribuição. Um enfoque maior será apresentado no que se refere à regulação de tensão em malha fechada deste dispositivo, realizado para manter a tensão sobre a barra de carga dentro de níveis adequados. Assim, através de um sistema compensado, utilizou-se um controle proporcionalintegral (PI) para regular a tensão na carga de acordo com um valor de referência estipulado. Por meio de um Digital Signal Processor (DSP) foi possível implementar o controle do DTCSC em malha aberta e obter formas de onda da sua atuação na região capacitiva / This research presents analysis, simulation and a prototype of a Distribution - Thyristor Controlled Series Compensator (D-TCSC), applied to the electric power distribution system. Principles for its operation and modeling in Matlab/Simulink of the proposed compensator and feeder distribution will be discussed. A focus will be presented with regard to voltage regulation in a closed loop this device, performed to maintain tension on the load bar within appropriate levels. Thus, using a compensated system, we used proportionalintegral (PI) control to regulate the load voltage according to a prescribed reference value. Through a Digital Signal Processor (DSP) has been possible to implement the control of DTCSC open-loop and obtain waveforms of their performance in capacitive region

Made available in DSpace on 2015-03-03T11:52:20Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2014-10-09Bitstream added on 2015-03-03T12:07:29Z : No. of bitstreams: 1 000808145.pdf: 874653 bytes, checksum: 2965900aa1ceda6337f055e33f179a25 (MD5) / O trabalho tem como propósito principal a análise da estabilidade a pequenas perturbações em Sistemas Elétricos de Potência, que é representado pelo Modelo Sensibilidade de Potência. São analisados três sistemas teste, conhecidos na literatura como Sul-Brasileiro, simétrico de duas áreas e New England. A princípio os sistemas teste foram submetidos a um ponto de operação de modo a serem instáveis. É proposta a utilização dos Estabilizadores de Sistema de Potência e do dispositivo Thyristor Controlled Series Capacitor em conjunto com o controlador Power Oscillation Damping. Estes controladores possuem a função de inserir amortecimento adicional às oscilações de baixa frequência do Sistema Elétrico de Potência. Neste caso é necessário alocar e ajustar os parâmetros dos respectivos controladores de forma correta. As localizações dos controladores são determinadas pelos fatores de participação (Estabilizadores de Sistema de Potência) e a distância entre polo de interesse e zero da função de transferência de malha aberta do controlador Power Oscillation Damping (conjunto Thyristor Controlled Series Capacitor-Power Oscillation Damping). Para o ajuste de parâmetros dos controladores (Estabilizadores de Sistema de Potência e Power Oscillation Damping) são utilizados dois algoritmos de otimização baseados em enxame de partículas, sendo eles o Particle Swarm Optimization e de Bacterial Foraging Optimization orientado pelas formas de movimentação do Particle Swarm Optimization. A atuação dos controladores alocados e ajustados de acordo com os métodos propostos aumenta o amortecimento dos modos oscilatórios de baixa frequência dos sistemas teste. Este fato é verificado pela análise dos resultados obtidos / This work aims to analyze small signal stability in power systems represented by the power sensitivity model. Three test systems known in the literature, such as South Brazilian, Two Symmetrical Areas and New England are analyzed. At first, the systems were submitted to an operation point to become unstable. The Power System Stabilizers and the device Thyristor Controlled Series Capacitor with the Power Oscillation Damping controller are proposed to use. These controllers insert additional damping to the low frequencies oscillations. In this case, it is necessary to allocate and adjust the parameters of the controllers correctly. The controller position is determined by the participation factors (Power System Stabilizers) and the distance between the interest pole and the zero of the open-loop transfer function of the Power Oscillation Damping Controller (Thyristor Controlled Series Capacitor-Power Oscillation Damping).Two algorithms based on the particle swarm are used to adjust the controller parameters (Power System Stabilizer and the Power Oscillation Damping), that are Particle Swarm Optimization and Bacterial Foraging Optimization oriented by the movement forms of the Particle Swarm Optimization. The actuation of the controller both allocated and adjusted according to the proposedmethod improves the low frequency oscillation damping. The results obtained confirm this conclusion

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:22:33Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2012-05-25Bitstream added on 2014-06-13T18:08:30Z : No. of bitstreams: 1 capellette_rf_me_ilha.pdf: 755361 bytes, checksum: 926155dfd9eb5bc008e14cf26a245d48 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / PROPG - Programa de Pós-Graduação / Este trabalho analisa a influência do FACTS TCSC na função energia do sistema, mais especificamente na energia potencial. Também é abordada a influência da compensação dinâmica do TCSC na trajetória do sistema frente a uma grande perturbação, visando a melhoria da estabilidade transitória. A energia potencial é avaliada no espaço das posições angulares dos rotores das máquinas em torno de um ponto de equilíbrio estável levando em conta os efeitos da ação do TCSC. A trajetória do sistema é sobrepostas às curvas equipotenciais, e com isso é possível a avaliar os efeitos da compensação dinâmica do dispositivo nas mesmas. Através das simulações de dois sistemas testes, um sistema considerado de pequeno porte (Sistema de Quatro Máquinas) e outro de maior porte (New England) quando expostos a uma grande perturbação avalia-se a estabilidade de primeira oscilação com o intuito de determinar o tempo crítico de eliminação de uma falta no sistema. Posteriormente verifica-se a possibilidade de deslocar a trajetória do sistema com o propósito de que ela percorra um caminho mais íngreme na superfície da energia potencial, ou seja, idealmente que ela tenha orientação coincidente do gradiente da energia potencial, e analisa-se qual a influência da compensação série na energia potencial, com o intuito de obter tal direcionamento / This dissertation examines the influence of TCSC FACTS on the power system energy function, specifically on the potential energy. The influence of dynamic compensation of the TCSC in the trajectory of the system after a major disruption in order to improve transient stability is also approached. The potential energy is evaluated in the space of machines rotor angular positions around stable equilibrium point taking into account effects of the TCSC action and the trajectory of the system is superimposed with equipotential curves and so it is possible to evaluate the effects of the dynamic compensation. Simulations are performed with two test systems, one being a (four machines system) and the other being the well-know New England system submitted to great disturbances. The stability of the first oscillation in order to determine the critical fault clearing time, is assessed. It is possible to change the system trajectory in order to traverse a more steeply path, i.e. ideally matching orientation with the potential energy gradient. The influence of series compensation in potential energy is taken into account, in order to conduct the system trajectory to the potential energy gradient orientation

Orientador: Percival Bueno de Araujo / Co-orientador: Laurence Duarte Colvara / Banca: Mara Lúcia Martins Lopes / Banca: Francisco Damasceno Freitas / Banca: Walmir de Freitas Filho / Resumo: O trabalho tem como propósito principal a análise da estabilidade a pequenas perturbações em Sistemas Elétricos de Potência, que é representado pelo Modelo Sensibilidade de Potência. São analisados três sistemas teste, conhecidos na literatura como Sul-Brasileiro, simétrico de duas áreas e New England. A princípio os sistemas teste foram submetidos a um ponto de operação de modo a serem instáveis. É proposta a utilização dos Estabilizadores de Sistema de Potência e do dispositivo Thyristor Controlled Series Capacitor em conjunto com o controlador Power Oscillation Damping. Estes controladores possuem a função de inserir amortecimento adicional às oscilações de baixa frequência do Sistema Elétrico de Potência. Neste caso é necessário alocar e ajustar os parâmetros dos respectivos controladores de forma correta. As localizações dos controladores são determinadas pelos fatores de participação (Estabilizadores de Sistema de Potência) e a distância entre polo de interesse e zero da função de transferência de malha aberta do controlador Power Oscillation Damping (conjunto Thyristor Controlled Series Capacitor-Power Oscillation Damping). Para o ajuste de parâmetros dos controladores (Estabilizadores de Sistema de Potência e Power Oscillation Damping) são utilizados dois algoritmos de otimização baseados em enxame de partículas, sendo eles o Particle Swarm Optimization e de Bacterial Foraging Optimization orientado pelas formas de movimentação do Particle Swarm Optimization. A atuação dos controladores alocados e ajustados de acordo com os métodos propostos aumenta o amortecimento dos modos oscilatórios de baixa frequência dos sistemas teste. Este fato é verificado pela análise dos resultados obtidos / Abstract: This work aims to analyze small signal stability in power systems represented by the power sensitivity model. Three test systems known in the literature, such as South Brazilian, Two Symmetrical Areas and New England are analyzed. At first, the systems were submitted to an operation point to become unstable. The Power System Stabilizers and the device Thyristor Controlled Series Capacitor with the Power Oscillation Damping controller are proposed to use. These controllers insert additional damping to the low frequencies oscillations. In this case, it is necessary to allocate and adjust the parameters of the controllers correctly. The controller position is determined by the participation factors (Power System Stabilizers) and the distance between the interest pole and the zero of the open-loop transfer function of the Power Oscillation Damping Controller (Thyristor Controlled Series Capacitor-Power Oscillation Damping).Two algorithms based on the particle swarm are used to adjust the controller parameters (Power System Stabilizer and the Power Oscillation Damping), that are Particle Swarm Optimization and Bacterial Foraging Optimization oriented by the movement forms of the Particle Swarm Optimization. The actuation of the controller both allocated and adjusted according to the proposedmethod improves the low frequency oscillation damping. The results obtained confirm this conclusion / Doutor

Orientador: Dionízio Paschoareli Júnior / Banca: Jean Marcos de Souza Ribeiro / Banca: Maurício Aredes / Resumo: Este trabalho de pesquisa apresenta a análise, simulação e um protótipo de um Distribution - Thyristor Controlled Series Compensator (D-TCSC), aplicado ao sistema de distribuição de energia elétrica. Será abordado os princípios de operação do mesmo e uma modelagem em Matlab/Simulink do compensador proposto e do alimentador de distribuição. Um enfoque maior será apresentado no que se refere à regulação de tensão em malha fechada deste dispositivo, realizado para manter a tensão sobre a barra de carga dentro de níveis adequados. Assim, através de um sistema compensado, utilizou-se um controle proporcionalintegral (PI) para regular a tensão na carga de acordo com um valor de referência estipulado. Por meio de um Digital Signal Processor (DSP) foi possível implementar o controle do DTCSC em malha aberta e obter formas de onda da sua atuação na região capacitiva / Abstract: This research presents analysis, simulation and a prototype of a Distribution - Thyristor Controlled Series Compensator (D-TCSC), applied to the electric power distribution system. Principles for its operation and modeling in Matlab/Simulink of the proposed compensator and feeder distribution will be discussed. A focus will be presented with regard to voltage regulation in a closed loop this device, performed to maintain tension on the load bar within appropriate levels. Thus, using a compensated system, we used proportionalintegral (PI) control to regulate the load voltage according to a prescribed reference value. Through a Digital Signal Processor (DSP) has been possible to implement the control of DTCSC open-loop and obtain waveforms of their performance in capacitive region / Mestre